譚明堂,謝晶,王金鋒
1(上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院,上海,201306) 2(上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心,上海,201306) 3(上海冷鏈裝備性能與節(jié)能評價專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺,上海, 201306) 4(食品科學(xué)與工程國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(上海海洋大學(xué)),上海, 201306)
魷魚俗稱槍烏賊、柔魚,營養(yǎng)價值高,可食用部分達(dá)到體質(zhì)量的80%左右[1]。目前魷魚主要靠遠(yuǎn)洋運(yùn)輸,捕撈上來后為了減少品質(zhì)的下降基本都會對魷魚進(jìn)行凍結(jié)處理再凍藏。眾所周知,凍結(jié)速率會影響通過最大冰晶生成帶的時間、冰晶的大小和分布情況,進(jìn)而影響蛋白質(zhì)的變性程度[2]。因此,研究不同的凍結(jié)方式對魷魚品質(zhì)的影響意義重大。
目前,已有大量關(guān)于凍結(jié)方式對魚類品質(zhì)影響研究。于剛等[3]研究了液氮凍結(jié)、冷凍液凍結(jié)、-18 ℃冰箱凍結(jié)和-80 ℃超低溫冰箱凍結(jié)凍藏對黃鰭金槍魚品質(zhì)的影響;胡亞芹等[4]為了提高帶魚的品質(zhì),在凍藏前分別用液氮凍結(jié)、冰箱凍結(jié)和平板凍結(jié)新鮮的帶魚;方林等[5]研究了-40 ℃速凍、-20 ℃乙醇液體凍結(jié)和-20 ℃冰箱凍結(jié)對草魚不同部位品質(zhì)的影響。研究顯示,凍結(jié)前對樣品進(jìn)行預(yù)處理會對魚類品質(zhì)有影響。AUBOURG等[6]曾用加高壓的方法輔助大西洋鯖魚的凍結(jié)。目前對水產(chǎn)品凍結(jié)方式的研究,主要集中在冰箱凍結(jié)、液氮凍結(jié)和平板凍結(jié),而螺旋式速凍機(jī)和超低溫冷庫對水產(chǎn)品的凍結(jié)研究鮮有報道,但這2種速凍方式在現(xiàn)實(shí)生活、生產(chǎn)中卻是很普遍的。
本實(shí)驗(yàn)以魷魚為實(shí)驗(yàn)對象,分別用-20 ℃冰箱、-30 ℃平板凍結(jié)、-35 ℃螺旋凍結(jié)、-60 ℃超低溫冷庫凍結(jié)4種凍結(jié)方式對魷魚樣品進(jìn)行凍結(jié)保鮮,并運(yùn)用低場核磁共振技術(shù)(low field-nuclear magnetic resonance, LF-NMR)結(jié)合理化指標(biāo)分析魷魚的品質(zhì)變化。
新鮮的魷魚購于上海市浦東新區(qū)蘆潮港水產(chǎn)批發(fā)市場。選取同一批次且規(guī)格大體一致的產(chǎn)品,單體質(zhì)量(420±30)g,用碎冰處理后置于泡沫箱中,運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室待處理。
二甲苯、KCl(分析純)、無水乙醇、10%的福爾馬林、蘇木精染色液、伊紅染色液、改良型Bradford法蛋白濃度測定試劑盒,生工生物工程(上海) 股份有限公司;丙二醛(malondialdehyde, MDA)測試盒,南京建成生物工程研究所。
UV-1102型紫外可見分光光度計,上海天美儀器有限公司;H-2050R型臺式高速冷凍離心機(jī),湖南湘怡實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司;CR-400型色彩色差計,日本柯尼卡美能達(dá)公司;TMS-Pro型質(zhì)構(gòu)儀,美國FTC公司;Fluke 2640A網(wǎng)絡(luò)型多點(diǎn)溫度采集儀,美國福祿克電子儀器儀表公司;Ellab熱力驗(yàn)證系統(tǒng),ETA10;螺旋式速凍機(jī)、平板速凍機(jī),煙臺冰輪股份有限公司;超低溫速凍機(jī)[7](單機(jī)雙級壓縮系統(tǒng));KK25F55TI型冰箱,德國西門子股份公司;testo 425熱線風(fēng)速儀,德圖集團(tuán)。
1.3.1 原料的預(yù)處理
對照組使用新鮮的魷魚。用流動冷卻水洗去魚體表面雜質(zhì),對新鮮魷魚進(jìn)行指標(biāo)測定;在待凍結(jié)的魷魚幾何中心位置插入測溫探頭后,分別放入-20 ℃冰箱、-30 ℃平板速凍機(jī)、-35 ℃螺旋速凍機(jī)(風(fēng)速6.67 m/s)和-60 ℃超低溫冷庫(風(fēng)速1.33 m/s)中進(jìn)行速凍。速凍魷魚的幾何中心溫度達(dá)到-18 ℃時,立即取出樣品,分裝于標(biāo)記好的自封袋中,放到-18 ℃的冰箱中貯藏(7 d),20 ℃流水解凍后進(jìn)行指標(biāo)測定。
1.3.2 凍結(jié)曲線的測定
在-20 ℃冰箱、-30 ℃平板凍結(jié)和-60 ℃超低溫冷庫凍結(jié)魷魚時,分別把熱電偶的探頭插入魚樣的中心位置,通過多點(diǎn)溫度采集儀實(shí)時記錄樣品溫度的變化,螺旋式凍結(jié)方式采用熱力驗(yàn)證系統(tǒng)測溫。
1.3.3 保水性指標(biāo)的測定
凍結(jié)損失按公式(1)計算:
(1)
式中:m1,凍前魷魚質(zhì)量;m2,凍結(jié)之后的魷魚質(zhì)量。
持水力的測定按公式(2)計算[8]:
(2)
式中:m3,魷魚碎塊離心前的質(zhì)量;m4,魷魚碎塊離心后的質(zhì)量。
蒸煮損失率的測定:取魷魚樣品(2 cm×2 cm×2 cm),在85 ℃的水浴鍋中加熱20 min后取出并冷卻至室溫,用吸水紙吸干魷魚表面的水分,按公式(3)計算魷魚的蒸煮率損失:
(3)
式中:m5,蒸煮前的魷魚樣品質(zhì)量;m6,蒸煮后魷魚樣品的質(zhì)量。
每組樣品重復(fù)3次。
1.3.4 色澤的測定
用色差計測定解凍后魷魚的色差值L*,a*和b*,在魚品測定前進(jìn)行白板校正。每組重復(fù)3次取平均值。再根據(jù)公式(4)計算白度值:
W=100-[(100-L*)2+a*2+b*2]1/2
(4)
1.3.5 質(zhì)構(gòu)的測定
參考文獻(xiàn)[9]的方法。
1.3.6 pH的測定
準(zhǔn)確稱取2 g魷魚樣品,加入18 mL蒸餾水后機(jī)械勻漿,然后在1 000 r/min下離心10 min,用pH計測定上清液的pH值。每組重復(fù)3次,取平均值。
1.3.7 肌原纖維蛋白的提取
參考文獻(xiàn)[10]的方法。
1.3.8 肌原纖維蛋白濃度
改良型Bradford法試劑盒測定蛋白濃度。
1.3.9 丙二醛(MDA)的測定
取解凍后魷魚2 g,按照1∶9(g∶mL)加入18 mL生理鹽水,機(jī)械勻漿,以7 500 r/min離心10 min。采用丙二醛(MDA)測試盒法。
1.3.10 低場核磁共振實(shí)驗(yàn)
參考王碩等[11]的方法
1.3.11 微觀結(jié)構(gòu)觀察
參考文獻(xiàn)[12]的方法。
各項(xiàng)指標(biāo)均使用origin 8.5軟件進(jìn)行處理及繪圖,使用SPSS 19.0軟件進(jìn)行分析。
圖1為魷魚在不同凍結(jié)方式下,從20 ℃到-18 ℃的溫度變化曲線。通過最大冰晶生成帶(-1~-5 ℃)的時間越短,生成的冰晶越小且越均勻,對凍品的品質(zhì)影響越小[13]。
圖1 不同凍結(jié)條件下魷魚的凍結(jié)曲線Fig.1 Freezing curve of squid under different freezing methods
由圖1可知,冰箱凍結(jié)、平板凍結(jié)、超低溫冷庫凍結(jié)和螺旋凍結(jié)的魷魚通過最大冰晶生成帶的時間分別為171、56、26和18 min。超低溫冷庫凍結(jié)的溫度比螺旋凍結(jié)溫度低25 ℃,螺旋速凍機(jī)內(nèi)部的風(fēng)速是超低溫冷庫中的5倍,同時由于螺旋速凍傳送帶為網(wǎng)孔狀,因此上下兩側(cè)都有空氣流動,而超低溫冷庫為上側(cè)強(qiáng)制對流換熱,與擱架接觸的為導(dǎo)熱。平板凍結(jié)是將放在魚盤內(nèi)的魷魚壓在兩塊導(dǎo)熱板之間,靠導(dǎo)熱的熱傳遞方式使魚凍結(jié),而且平板速凍是先放置魚樣后開啟制冷機(jī)組,與其他凍結(jié)方式先開啟制冷機(jī)組,溫度到達(dá)要求后再放入魚樣的操作不同,所以魷魚用平板凍結(jié),通過最大冰晶生成帶的時間也較長,同時凍結(jié)時中心溫度達(dá)到-18 ℃所需的時間較長,為163 min。
魷魚在凍結(jié)過程中,體內(nèi)的水分會逐漸形成冰晶,小冰晶的數(shù)量會因不斷升華而減少,而大冰晶會逐漸長大,損傷肌肉組織結(jié)構(gòu),造成水分流失[14]。胡亞芹[4]認(rèn)為,冰箱凍結(jié)時間長,凍結(jié)速率慢,形成的冰晶大,對肌肉組織結(jié)構(gòu)的破壞大,比平板凍結(jié)的持水能力弱,這與表1顯示的結(jié)論不一致,可能是因?yàn)樵谄桨鍍鼋Y(jié)過程中,由于魷魚受到擠壓,表面的水分會被擠壓出來,直接體現(xiàn)在凍結(jié)損失率(2.13%)上。同時肌肉組織結(jié)構(gòu)由于擠壓而受到破壞,也會對魷魚的持水能力造成影響,可以從表1中的持水力(64.98%)和蒸煮損失(45.81%)看出魷魚在平板凍結(jié)后保水性最差。
表1 不同凍結(jié)方式對魷魚保水性的影響Table 1 Effect of different freezing methods on water holding capacity of squid
干耗現(xiàn)象是由于食品中水分蒸發(fā)或者升華造成的結(jié)果,合理的空氣流速及分布可以減少干耗[15]。螺旋凍結(jié)過程中,由于風(fēng)速較大,表面的水分會發(fā)生蒸發(fā)或者升華。同時食品在速凍過程中表面的冰層會阻礙內(nèi)部凍結(jié)的體積膨脹,產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,內(nèi)應(yīng)力還會因溫度的不均而逐漸升高,到一定程度之后凍品的內(nèi)部間隙或者薄弱部分會發(fā)生低溫斷裂現(xiàn)象,破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性,在加熱和離心下,水分流失更加明顯,保水性更差[16]。LIU等[17]在研究海鱸魚凍結(jié)過程中指出,速凍造成的低溫斷裂會降低水分含量,破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu),影響食品品質(zhì)。魷魚經(jīng)超低溫冷庫凍結(jié)后在持水能力上與對照組最接近。
魷魚在凍結(jié)過程中,色澤會因脂肪的氧化和色素的降解等一系列反應(yīng)發(fā)生改變,影響消費(fèi)者的可接受度。從圖2可以看出,新鮮魷魚經(jīng)過凍結(jié)處理后白度值升高,這是因?yàn)轸~肉在凍結(jié)過程中有冰晶生成,解凍之后肌肉組織中的游離水增加,魚肉表面的反射光增強(qiáng)導(dǎo)致白度值的升高。隨著凍結(jié)速率加快,L*值增加,a*和b*減少,白度值W越高[18],魷魚經(jīng)螺旋速凍后的時間最短,白度值最大(67.16)。肌肉表面的色澤變化還與肌肉的保水性有關(guān)[19]。雖然平板凍結(jié)的速率遠(yuǎn)大于冰箱凍結(jié),但是平板凍結(jié)的保水性最差,在這2種凍結(jié)方式下,魷魚的白度值差異不明顯(P>0.05)。
圖2 不同凍結(jié)方式對魷魚白度值的影響Fig.2 Effect of different freezing methods on whiteness of squid注:不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),下同。
pH值是衡量魚肉品質(zhì)的一個重要指標(biāo)。通常情況下,水產(chǎn)品會因凍結(jié)和解凍導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性,pH值降低[20]。而魷魚隨著貯藏時間的延長,pH值會呈現(xiàn)上升的趨勢[21]。由圖3可知,對照組的pH值是6.41,魷魚經(jīng)過凍結(jié)和凍藏之后pH值會升高,但是經(jīng)不同凍結(jié)方式后,魷魚pH值差異不明顯,這與董佳等[22]的研究結(jié)論相似。可能是因?yàn)轸滛~在凍結(jié)過程中生成冰晶破壞蛋白質(zhì),呈堿性的物質(zhì)增加,pH值升高。球蛋白ATP酶和微生物的活性在低溫條件下降低,蛋白質(zhì)不能被分解成氨類物質(zhì),導(dǎo)致pH值變化不明顯,而且pH值的變化與凍藏時間沒有相關(guān)性[21,23]。
圖3 不同凍結(jié)方式對魷魚pH值的影響Fig.3 Effect of different freezing methods on pH value of squid
通過質(zhì)構(gòu)儀測得的硬度、咀嚼性、彈性和膠黏性等質(zhì)構(gòu)參數(shù),可以用來反映不同凍結(jié)方式對魷魚的品質(zhì)的影響。硬度是肉發(fā)生形變所需要的能量,咀嚼性是咀嚼到吞咽這個過程中所消耗的能量,兩者指標(biāo)的變化應(yīng)該是一致的。膠黏性是魚肉在剪切時所產(chǎn)生的抵抗力,反映魚肉細(xì)胞間結(jié)合力的大小程度。由表2可知,樣品經(jīng)不同凍結(jié)處理后,對硬度、咀嚼性和膠黏性影響大小的順序均為:對照組>螺旋凍結(jié)>超低溫冷庫凍結(jié)>冰箱凍結(jié)>平板凍結(jié),表明凍結(jié)速度越快,凍結(jié)后的這3種質(zhì)構(gòu)參數(shù)更接近對照組。平板凍結(jié)因?yàn)槭墙佑|式傳熱,為了凍結(jié)效果所以在凍結(jié)過程中魷魚之間盡可能緊密,相互擠壓導(dǎo)致質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)最差。彈性是表示魚肉撤掉外力之后,魚肉恢復(fù)形狀的程度。膠黏性越好越有利于彈性的保持[16],但是在彈性上冰箱凍結(jié)組更接近對照組,可能是由于魚肉因凍結(jié)速度過快而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致了低溫斷裂的發(fā)生,破壞蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),因此細(xì)胞間的結(jié)合力會下降[24]。
表2 不同凍結(jié)方式對魷魚硬度、咀嚼性、膠黏性及彈性的影響Table 2 Effect of different freezing methods on hardness, chewiness, gumminess and springiness of squid
在溫度很低的條件下,魚類脂肪會發(fā)生氧化[25]。在凍結(jié)過程中,魚肉組織中自由水不斷減少,可溶性物質(zhì)濃度不斷增大,脂肪氧化速度加劇[2]。而且魷魚經(jīng)不同的凍結(jié)方式后形成的冰晶大小和形狀不同,對組織的機(jī)械損傷也有差異,導(dǎo)致與空氣的接觸面積大小不一,影響脂肪的氧化程度。新鮮魷魚的脂肪含量較一般水產(chǎn)品低,如圖4所示,對照組的MDA含量是0.07 nmol/mg,這與路鈺希[21]的實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致。從圖4可以看到,魷魚經(jīng)過不同凍結(jié)方式后,MDA含量之間存在差異性,其中螺旋凍結(jié)的MDA含量與新鮮樣品最為接近,達(dá)到0.133 nmol/mg,可能是因?yàn)槁菪齼鼋Y(jié)速度最快,冰晶最小,對組織的機(jī)械損傷最小。雖然平板凍結(jié)的速率比冰箱快,但是在凍結(jié)過程中因?yàn)閿D壓的關(guān)系對魚肉組織有損傷影響。從表1看出,平板凍結(jié)的凍結(jié)損失率最大,導(dǎo)致組織液濃度增大,氧化速度加快。
圖4 不同凍結(jié)方式對魷魚MDA含量的影響Fig.4 Effect of different freezing methods on MDA content of squid
魷魚在凍結(jié)過程中,冰晶會使非極性基團(tuán)周圍的水發(fā)生凝聚,導(dǎo)致三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和疏水性殘基發(fā)生改變使水的結(jié)合力變?nèi)?,同時凍結(jié)后食品發(fā)生干耗從而造成食品的表面呈現(xiàn)多孔層,這也會導(dǎo)致持水能力的下降[26]。弛豫時間越長代表水分的流動性越好,T21、T22、T23所代表的的弛豫時間分別是結(jié)合水、不易流動水和自由水。由圖5可知,不同凍結(jié)方式對魷魚的結(jié)合水變化不明顯,結(jié)合水的流動性本來就很差,凍結(jié)過程中這部分水沒有形成結(jié)晶,基本維持在穩(wěn)定狀態(tài)。相比對照組的T23值,凍結(jié)組在凍結(jié)過程中會由于低溫斷裂和靜電斥力等原因,多肽鏈間隔增加,蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)空間擴(kuò)大,最終都有較大的T22、T23值,水分自由度增加。T22這部分水分會經(jīng)歷2種變化:向內(nèi)遷移和向外蒸發(fā),超低溫冷庫凍結(jié)的T22值(62.94 ms)與對照組最接近,其他3種凍結(jié)方式的T22值都是67.48ms。螺旋凍結(jié)和超低溫冷庫凍結(jié)的T23值都是1 084.36 ms,與對照組T23值(1 011.63 ms)最接近,自由水流動性較低。
圖5 不同凍結(jié)方式對魷魚T2弛豫時間的影響Fig.5 Effect of different freezing methods onT2 relaxation timeof squid
由圖6可知,約93%~97%的水在T21弛豫時間表征的不易流動水上,即水分主要存在肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)中,這與朱文慧等[27]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。與對照組相比,凍結(jié)組的不易流動水含量較低,自由水含量較高,表明新鮮的魷魚有更多的水分截留在肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)中[28]。超低溫冷庫凍結(jié)和螺旋凍結(jié)的自由水含量比冰箱凍結(jié)低,可能是因?yàn)閮鼋Y(jié)速度快,產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力使蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)空間擴(kuò)大,不易流動水被截留下來。平板凍結(jié)的自由水含量最高,在離心或蒸煮等外部條件下這部分水分很容易流失,這與保水性的研究結(jié)果相一致。
圖6 不同凍結(jié)方式對魷魚各狀態(tài)水分含量的變化Fig.6 Changes of different freezing methods on water population of different status of squid
核磁共振成像(MRI)是一門可以獲得肌肉中水、脂肪等MRI成像的技術(shù),能夠直觀反映水產(chǎn)品加工過程中的水分分布及遷移[29]。通常情況下,MRI圖亮度越強(qiáng),質(zhì)子密度越高,越趨于紅色,表明魚肉該部分的水分含量越高。從圖7中可以看出,MRI圖亮度由高到低依次為對照組、螺旋凍結(jié)、超低溫冷庫凍結(jié)、冰箱凍結(jié)、平板凍結(jié)。超低溫冷庫凍結(jié)處理質(zhì)子密度加權(quán)像的亮度和螺旋凍結(jié)差異不明顯,但是前者的亮度分布較為均勻,表明凍結(jié)方式對魷魚水分分布的位置有影響。冰箱凍結(jié)和平板凍結(jié)的亮度較弱,表明魷魚經(jīng)凍結(jié)、解凍后的失水較多。
圖7 不同凍結(jié)方式下魷魚的核磁共振成像圖Fig.7 MRI of different freezing methods on squid
魚肉在凍結(jié)過程中生成的冰晶大小和分布都會影響組織微觀結(jié)構(gòu)的完整性[30]。可以通過肌纖維束的間隙大小和分布情況來間接反映不同凍結(jié)方式對魷魚品質(zhì)的影響。由圖8可知,新鮮魷魚的肌纖維束排列緊密,肌內(nèi)膜完整,而魚肉經(jīng)不同凍結(jié)方式后的微觀結(jié)構(gòu)有顯著性差異。在肌纖維完整性上,螺旋凍結(jié)最好,冰箱凍結(jié)和平板凍結(jié)較差,這可能是因?yàn)閮鼋Y(jié)速率越快,冰晶越小、分布越規(guī)則,對肌纖維的機(jī)械損傷越小[31]。魷魚在平板凍結(jié)過程中魚肉被擠壓,肌纖維可能會被撕裂,間隙增大,在組織微觀結(jié)構(gòu)上的表現(xiàn)是最差的。所以,螺旋凍結(jié)能夠較好維持魷魚的組織結(jié)構(gòu)的緊密性、完整性。
A-對照組;B-螺旋凍結(jié);C-超低溫冷庫凍結(jié);D-冰箱凍結(jié);E-平板凍結(jié)圖8 不同凍結(jié)方式對魷魚微觀結(jié)構(gòu)的影響(×100)Fig.8 Effect of different freezing methods on microstructure of squid(×100)
本文為了研究凍結(jié)方式對魷魚的品質(zhì)影響,采用4種不同凍結(jié)方式進(jìn)行分析。結(jié)果表明,冰箱凍結(jié)、平板凍結(jié)、超低溫冷庫凍結(jié)和螺旋凍結(jié)的魷魚通過最大冰晶生成帶的時間分別為171、56、26和18 min。在凍結(jié)過程中,螺旋凍結(jié)的凍結(jié)速度雖然比超低溫冷庫凍結(jié)快,但是因?yàn)槠滹L(fēng)速較快,表面的水分會發(fā)生蒸發(fā)或者升華,保水性較差。低場核磁共振結(jié)果也表明,與其他凍結(jié)方式比較,超低溫冷庫凍結(jié)和螺旋凍結(jié)的自由水含量和流動性較低,且超低溫冷庫凍結(jié)的水分分布最為均勻。螺旋凍結(jié)在色差、脂肪氧化和微觀結(jié)構(gòu)上與新鮮魷魚的值最為接近,在質(zhì)構(gòu)方面,其硬度、咀嚼性和膠黏性維持最好,但是冰箱凍結(jié)的彈性最好。魷魚經(jīng)過凍結(jié)之后pH值會升高,但是魷魚經(jīng)不同凍結(jié)方式后其pH值差異性不明顯。平板凍結(jié)因擠壓的緣故對魷魚品質(zhì)的維持效果最差,所以在用螺旋凍結(jié)工藝凍結(jié)水產(chǎn)品時,為了更好地維持凍品的品質(zhì),應(yīng)考慮風(fēng)速對凍品的保水性的影響或者采用加濕的方式進(jìn)行處理。